PLC尿素合成塔控制系统设计+文献综述(2)
5.3.2 回路输入输出变量的数值转换方法 15
5.5 S7-200程序设计流程图 16
5.6 梯形图 17
5.6.1 程序的启停 18
5.6.2 子程序 21
5.6.3 中断程序，PID的计算 23
5.7 力控组态软件设计 24
6 结论 34
致谢 35
主要参考文献 36
1.引言
1.1 课题的背景和目的
随着工业自动化水平的迅速提高以及计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备与过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足人们的各种要求。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工业问题提供了一种新的方法。与此同时，PLC的迅猛发展也为工业自动化的提高起到了非常重要的促进作用。组态软件和PLC的 结合能够很好的解决传统控制软件所存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的来组态，完成最终的自动化控制目标。
在尿素的生产过程中，尿素合成塔主要起到甲铵脱水的作用。由于高压的液氨与二氧化碳混合后，反应很快生成甲铵，而甲铵脱水生成尿素的反应速度很慢，为了保证二氧化碳的高转化率，物料在合成塔内应有足够的时间和恒定的压力、温度。本文以尿素合成塔为对象，利用力控软件以及PLC的结合应用，设计尿素合成塔的监控装置并且实现对尿素合成塔的温度的控制。
1.3 本文的研究内容
本文以尿素合成塔为对象，利用力控软件以及PLC的结合应用，设计尿素合成塔的监控装置并且实现对尿素合成塔的温度的控制。
尿素作为化学肥料，由于其含氮量高（含氮46%），施用后对土壤无副作用，深受农业工作者的欢迎。工业制尿素用的是液氨和二氧化碳为原料，在高温高压条件下直接合成尿素，化学反应如下：
2NH3+CO2→NH2COONH4⇄CO(NH2)2+H2O (1.1)
在尿素的生产过程中，尿素合成塔是尿素生产装置中重要设备之一。在尿素的合成反应过程中，它主要起到甲铵脱水的作用。由于高压的液氨与二氧化碳混合后，反应很快生成了甲铵，而甲铵脱水生成尿素的反应速度又很慢，为了保证二氧化碳的高转化率，物料在合成塔内应该有足够的时间和恒定的压力、温度。因此，物料经过提压升温后送入合成塔内反应，在合成塔内停留约1小时左右，经塔顶出口的减压阀减压至1.8Mpa后送往中压系统。
2.尿素合成流程及尿素合成塔的控制要求
2.1 尿素生产的反应原理
尿素生产的化学反应主要分为两步，第一步是液态NH3和CO2反应生成氨基甲酸铵（即甲铵），分子式为NH4COONH2，反应式为：
2NH3(液)+ CO2 (气) ⇄ NH4COONH2(液)+119.2千焦/摩尔 (2.1)
第二步是甲铵在液相条件下发生脱水反应生成碳酰二胺（即尿素），分子式为CO(NH2)2,反应式为：
NH4COONH2(液) ⇄CO(NH2)2+H2O(液) -15.5千焦/摩尔 （2.2)
式（2.1）是甲铵的生成反应，是强放热、体积缩小的可逆反应。在一定的工艺条件下，如果能及时地移走反应热，甲铵的生成反应可以在瞬间达到平衡。在实际的工业生产中，根据高压甲铵泵的出口压力来确定反应压力为13.5～14.5MPa，反应热是由高压甲铵冷凝器外壳侧的热水及时移走生成副产品低压蒸汽。
式（2.2）是尿素的生成反应，反应必须在液相下才能进行，这是一个吸热的可逆反应。该反应进行得很缓慢，需要很长的时间才能达到平衡。因此，在实际生产中，并不是所有的甲铵都能够转化为尿素，而是只有一部分，转化率大约为55-59%。